《材料工程基础》课程教学的思考

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　　摘要：本文以湖南大学材料科学与工程学院开设的《材料工程基础》课程为例，针对该课程的特点、教学现状、存在的问题以及我们开设该课程的构想与成效，总结和阐述了相应的教学策略和教学思考，以便进一步提升该课程的教学质量、提高学生培养的素质。
　　关键词：材料工程基础;课程教学;教学质量;学生培养
　　中图分类号：G423.07     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）21-0209-03
　　 人才培养是大学的主题和根本，一流的教学应当始终围绕人才的培养目标来进行。在新时代背景下，当前教育改革的主要目标是培养和造就一批高素质的创新人才。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出的“提高高等教育人才培养质量”，是对当今高校人才培养的要求与责任。《材料工程基础》作为教育部21世纪高等本科教育教学改革项目“材料科学与工程专业人才培养方案及教学内容体系的改革研究”中的主干专业基础课程。长期以来，一直备受材料相关专业各高校和学院的重视，他们都在着力构建与新时代材料专业人才培养方案及教学体系相适应的教学内容，并发掘出高效的教學方法。基于此，湖南大学材料科学与工程学院的《材料工程基础》课程教学团队也一直在进行不断的探索与创新，并取得了相应的成效。
　　一、《材料工程基础》的课程特点
　　《材料工程基础》是材料科学与工程相关专业本科生由基础课向专业课转变的一门重要的专业基础课程，是材料类基础课程系列中重要的先导课。与其相对的姐妹篇课程《材料科学基础》侧重于阐述材料结构、组织与性能之间的关系，表征和发现材料的基本结构和性能属性，是一种发现规律的知识点学习;而《材料工程基础》侧重于研究材料（金属、非金属、高分子和复合材料）的合成、制备、加工与失效分析的基本方法和技术，进行材料的剪裁和设计，是一种关于技术创新的知识点学习。因此，通过《材料工程基础》课程的学习，可以使学生对材料工程的概念和内涵有一个比较清晰的认识，对材料工程涉及的材料制备原理和传质传热原理等有一个较系统的了解。同时，通过该课程的教学互动，将有助于进一步巩固《材料科学基础》的知识，培养学生良好的逻辑思维和正确分析、解决材料工程实际问题的能力，为学生进一步学习材料专业课程打下良好的基础。
　　二、《材料工程基础》的课程现状
　　（一）课程教材内容迥异
　　目前，全国大多数高校的材料科学与工程专业均开设了《材料工程基础》或类似名称的课程，且均作为各学院的专业基础课程或核心课程。然而，当前《材料工程基础》的课程教材内容迥异，不同编著者所编写的教材内容存在很大的差异性。例如：徐德龙主编、武汉理工大学出版的《材料工程基础》整合了以动量、能量和质量传递的基本规律为主线，以物料的燃烧和干燥过程的综合应用为单元的内容体系;谢希文主编、北京航空航天大学出版的《材料工程基础》全书围绕金属、陶瓷、高分子三大材料成材过程的技术原理、工艺和方法，论述了材料制备合成、材料加工成形、材料改性与表面加工以及材料复合过程中的基本科学原理和技能;谷臣清主编、机械工业出版的《材料工程基础》一书主要以粉体材料的加工，有机高分子材料的变形，无机非金属材料的生产、制备，金属材料的冶金、成形加工及热处理为主线，详尽地讨论了各工程领域所涉及的基本专业技术知识与工程技术基本原理;师昌绪主编、化学工业出版的《材料工程基础要览》主要涉及各类材料及其产品设计选材、制造加工成形以及失效分析等方面的基础，涵盖材料科学与工程概论、材料成形的基础理论、数值模拟和优化设计方法、材料的强度设计以及材料的失效分析等方面的内容。因此，对于不同高校所开设的《材料工程基础》课程，其所选的教材来源不同，教学内容也就千差万别。
　　（二）章节知识点关联薄弱
　　根据两院院士师昌绪先生的定义：材料是人类制造生活和生产用的物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。材料除了具有重要性和普遍性以外，还具有多样性。例如：从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料;从行业来分，可分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等;从应用来分，又可分为结构材料与功能材料等。因此，由于材料的多样性，各种材料的制备、加工方法千差万别，材料工程问题就显得更为错综复杂，很难从这多种多样的工程问题中提炼出涉及各种材料制备与加工的共同基础问题，导致《材料工程基础》这门课的教学内容的知识点综合性太强、跨学科知识点太多、章节之间没有很强的关联性和逻辑性。基于此，关于《材料工程基础》的课程教学，很难由一个教师独立承担并完成好这门课程的教学，因此需要不断梳理材料工程基础的知识体系，并组建课程的教学团队，才能更好地完成教学任务。
　　三、湖南大学《材料工程基础》的课程教学
　　《材料工程基础》一直是湖南大学材料科学与工程学院的核心类课程，在课程负责教师肖汉宁教授的带领下，针对《材料工程基础》的课程特点与教学现状，一直在不断摸索，以优化其教学质量。
　　（一）优化教学内容、凝练教学重点
　　基于湖南大学材料科学与工程学院开设的专业特点，以及根据专业培养计划和目标的要求，《材料工程基础》课程教学团队经过充分的调研与分析得出现今的出版书籍并不适合单独作为《材料工程基础》的教学教材。因此，为了使教学内容更为丰富，知识体系更为完善，决定选用了北京航空航天大学出版社1999年出版的《材料工程基础》和武汉理工大学出版社2008年出版的《材料工程基础》作为辅导教材。在此基础上，为了实现新时代本科高等教育的人才培养目标，为了符合学院的人才培养计划，课程教学团队编写了适合学院专业特点和符合专业设置要求的教材讲义与教学大纲。该课程分为材料制备原理和传输原理两大部分。第一部分：材料制备原理，共36学时。首先讲述材料工程的概念与内涵，在此基础上分别讲述气态、液态、可塑态和固态制备金属、无机非金属、高分子和复合材料的原理，主要包括材料的气态生长原理、凝固原理、流变学理论、固相反应和烧结理论等，最后介绍材料的强度设计和失效分析。第二部分：传输原理，共26学时，包括流体力学基础、两相运动现象、传热学基础、质量传递基础、物料干燥、燃料及燃烧等内容。总复习答疑：2学时。另外，针对每一章节的教学内容，编写了相应的习题和思考题，进行资料补充。从而形成了自身特色的《材料工程基础》课程教学内容与课程设计。同时，课程教学团队计划在近两年努力编写、出版自己教学体系的教学教材。 　　（二）组建教学团队、更新教学知识点
　　《材料工程基础》的课程内容涵盖了四大类材料的加工和制备的相关知识点，各章节之间关联性较差，而且知识点跨度较大，很难由一位老师独立完成其课程教学以及把各章节的内容讲得深入、清晰。因此，本着“最合适的教师讲授最合适的课程”的理念，组建了具有较合理的年龄梯队和科研背景的课程教学团队。根据课程设置、大纲内容要求，由具有金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料四个方面知识结构和科研背景的老师，分别讲授相关方面的基础理论知识。同时，老一辈的教授们可以结合多年的科研经验，特别是工业实践经验，将与各部分内容相关的工业实践案例与经验讲授给学生。另一方面，由于现代科学技术的不断发展，材料的相应制备技术也在不断地拓展与更新，为了让学生了解最新的材料制备进展、发展趋势等知识，课程教学团队吸纳了具有海外留学背景的年轻教师融入教学团队，从而形成了这门课程的讲授内容，除了书本上的基础理论知识以外，同时可以不断地更新各相关领域的新发现、新技术以及科学思维方法等知识点，并传授给学生。
　　（三）丰富教学方式、激发学习效率
　　由于不同年代的学生存在着不同的学习特点，所以除了在教学内容上的知识需要不断更新之外，其教学方式也需要不断丰富。调动学生的学习积极性，改进教学方法和教学手段，一直是众多教学改革的关键点和切入点。本课程在丰富与梳理教学内容，组建与完善教学团队的同时，努力创新了教学方法与教学手段，以便激发学生的学习主动性、提升学生的学习效率。充分利用现代的教学手段是提高教学效果的有效途径之一。因此，课程教学团队制作和完善了与课程配套的电子教学大纲、教案、习题、课件、动画和视频文件等教学资料。课堂以多媒体教学为主、以板书为辅，同时在课件中穿插大量的相关案例、图片、动画、视频资料等，具有信息量大、条理清楚、图文并茂等特点。从而使得教学内容更加丰富，更能吸引同学们的注意力，增加了学生的学习兴趣，加深了学生对讲授内容的理解。课后适当地布置了相应的习题与思考题，以督促学生主动参与到学习中来，培养学生的自学能力以及运用知识思考、解决问题的能力。在此基础上，利用现今的网络资源，不断推送一些相关的精彩博文以及工业、科教的相关视频，扩展和加深学生对相关知识点的掌握和理解，引导学生去理解不同材料的制备原理、特点和应用领域。同时，注重采用启发式、讨论式的教学方式，建立良好的师生互动，从而帮助学生巩固所学的理论知识，引导学生学会从不同的角度去思考、分析和解决问题。
　　（四）融入创新实验、理论联系实践
　　为了促进学生基本知识的领悟，激发学生创新意识的建立，使学生充分将从课堂上所学的相关知识运用到实践当中，进一步加深对这门课程的理解。课程教学团队积极引导和鼓励学生参与到相关导师的科研活动中、开展创新实验。例如：SIT项目、互联网+、挑战杯等一系列创新创业实验项目。从而使学生更深入地掌握各部分的理论知识，更好地培养学生的自学能力、科研意识和综合素质。课程知识点与实验操作技能的相互结合，更好地突出了理论联系实践的课程教学特点。在此基础上，不断充实学科前沿内容，将学科发展中新的学术思想、研究方法和实验技术等融入到教学中，有利于培养学生的自学和动手能力，有利于提升学生思考与解决实际问题的能力。同时，鼓励学生撰写课程小论文，培养了学生掌握学科最新发展动态和开拓知识的能力，锻炼了学生快速有效地获取与分析材料信息资源、综合运用材料知识撰写科技论文的能力。从而全面激发了学生的学习主动性和积极性，全面提升了学生的能力和素质。
　　（五）完善考核细则、反馈教学效果
　　课程的考核对学生起着非常重要的引领和督促作用。通过课程考核不仅能对学生所掌握的知识和分析解决实际问题的能力进行评价，且能引导学生的学习态度向最佳方向发展。同时，课程考核也是对教学效果的及时反馈，有利于促进教学工作的进一步改善。因此，该课程的考核采取由笔试和平时成绩两部分组成的方式。总评成绩=平时成绩1（考勤、课程表现）+平时成绩2（课后作业及期中考试）+期末考试成绩，其中平时成绩1占15%，平时成绩2占35%，期末考试成绩占50%。本课程每章设计有思考题，分别以课堂提问和课后作业的方式完成，以检查学生的学习效果。考试方案为半开卷考试（限带2张手写的A4纸，与试卷一同一交，以检查学生整理课程知识点的能力）。考试题型分为名词解释（20分）、简答题（30分）、计算题（15分）和综合分析题（35分）。主要考查学生对材料工程基本概念的了解、材料制备原理及技术的掌握程度和综合运用的能力。总之，形成了较完善的考核细则与较全面的教学反馈体系，从而可以不断掌握学生对于本课程的学习情况与教师的教学效果，以不断改进本课程的教学质量。
　　四、結束语
　　课程建设与改革是一项科学性强、涉及面广、任务艰巨、影响深远的系统工程。《材料工程基础》课程需要在课程标准、教材建设、教学方法和考核方式等方面进行不断的探索与实践，才能通过该课程的教学互动使学生掌握材料工程的基本知识和学科的最新发展动态，从而实现培养和造就一批高素质创新人才的目标。我们已初步构建了“反映前沿、交叉综合”的教学内容，形成了“科研促教学”的教学模式。我们下一步的工作是结合当下学生的特点，重点建设网络教学平台、优化课程内容，进一步提高该课程的教学质量。
　　参考文献：
　　[1]徐德龙，谢峻林.材料工程基础[M].武汉：武汉理工大学出版社，2008.
　　[2]谢希文，过梅丽.材料工程基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.
　　[3]谷臣清.材料工程基础[M].北京：机械工业出版社，2004.
　　[4]师昌绪，钟群鹏，李成功.材料工程基础要览[M].北京：化学工业出版社，2009.
　　[5]袁华.材料工程基础》课程内容探讨[J].中国科教创新导刊，2012，（7）：193-195.
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